JPH0478812B2

JPH0478812B2 -

Info

Publication number: JPH0478812B2
Application number: JP58139841A
Authority: JP
Inventors: Masakimi Kono; Takashige Tokushima; Haruo Okimoto; Shinichi Tamura
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1983-07-29
Filing date: 1983-07-29
Publication date: 1992-12-14
Also published as: JPS6030420A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、燃料をエンジンの点火プラグに向け
て送る層状給気エンジンに関するものである。

（従来技術）従来の一般的な火花点火式エンジン（ガソリン
エンジン）では、スロツトルバルブによつて吸入
空気量を調節し、かつ、吸入空気量に応じた量の
燃料を供給して空気と均一に混合させ、燃焼室内
で点火プラグにより着火させるようにしている。
このようなエンジンにおいて出力および燃費を向
上する手段としては、例えば実開昭54−56006号
公報にみられるように、圧縮行程で燃焼室内に圧
縮空気を供給して旋回流を助長させ、燃焼速度を
高めるようにしたものなどが知られている。

ところで、少なくともエンジン低負荷時には、
点火プラグ付近に着火可能な空燃比の混合気が存
在すれば、燃焼室内の他の部分おいて燃料が希薄
であつても充分に燃焼は可能であり、エンジンを
作動させることができる。このような点に着目
し、大幅な燃費の向上を図る手段として、特開昭
49−62807号公報に示されるように、点火時期に
対応した所定時期に燃料を点火プラグに向けて噴
射させるようにした、いわゆる層状給気エンジン
が知られている。このエンジンによると、点火プ
ラグ付近に所要の空燃比を与える燃料が供給され
る限り、希薄燃焼が可能となるとともに、空気が
過剰に供給されても差し支えないので低負荷時に
スロツトルバルブの開度を大きくし、またはスロ
ツトルバルブを省略することができ、これにより
低負荷時のポンピングロスを低減することができ
る。その結果、大幅な燃費の向上が可能となる。

このように点火プラグに向けて燃料が噴射され
る層状給気エンジンでは、低負荷時に、着火性の
向上のため、できるだけ上記燃料の霧化、気化を
促進することが望まれている。また、高負荷時に
はできるだけ出力を高めることが要求されてい
る。

（発明の目的）本発明はこのような事情に鑑み、低負荷時には
所定時期に燃料を点火プラグに向けて噴射して層
状給気を行うとともに、この場合に上記燃料を積
極的に霧化、気化して着火性を向上することがで
き、また、高負荷時にはエネルギー損失を低減し
て出力を高めることのできる層状給気エンジンを
提供することを目的とするものである。

（発明の構成）本発明の層状給気エンジンは、エンジンの点火
プラグに向けて配置された燃料噴射弁と、該燃料
噴射弁から噴射燃料に干渉する方向に空気を噴射
する空気噴射弁と、エンジンの負荷状態を検出す
る負荷検出手段と、エンジンのクランク角を検出
するクランク角検出手段と、燃料制御手段および
空気制御手段を備えている。上記燃料制御手段
は、負荷検出手段とクランク角検出手段との出力
を受けて、エンジン低負荷時には吸気行程後半か
ら圧縮行程の所定の時期に燃料を噴射させ、エン
ジン高負荷時にはほぼ吸気行程前半の所定時期に
燃料を噴射させるように上記燃料噴射弁を制御
し、また、空気制御手段は、燃料噴射時期に対応
する時期に空気を噴射させ、かつ、エンジン高負
荷時には空気噴射量を減少させるように空気噴射
弁を制御する構成としている。上記燃料噴射弁お
よび空気噴射弁は、上記要件を満足する限り、燃
焼室に設けておいてもよいし、燃焼室近傍の吸気
ポートに設けておいてもよい。

（実施例）第１図は本発明を４気筒４サイクルエンジンに
適用した場合の一実施例を概略的に示し、第２図
はこのエンジンの燃焼室部分とその近傍部の具体
的構造を示す。これらの図において、１はエンジ
ン本体、２は吸気管３および吸気マニホールド４
からなる吸気通路、５は吸気通路２の上流部に設
けられたエアクリーナ、６は排気マニホールドで
ある。図に示す実施例では、エンジン本体１の各
気筒の燃焼室７に対してそれぞれ一次吸気通路８
と二次吸気通路９とが吸気マニホールド４に設け
られ、上記二次吸気通路９には、この通路９の開
度を調節するスワール調節弁１０が設けられてい
る。このスワール調節弁１０の作動は、後述する
制御ユニツト４０により、アクチユエータ１１を
介して制御されるようにしている。

各気筒の燃焼室７には、一次吸気通路８に連通
する一次吸気ポート１３と、二次吸気通路９に連
通する二次吸気ポート１４と、排気ポート１５と
が開口し、これらのポート１３，１４，１５の開
口部に、図外の動弁機構によつてそれぞれ所定の
タイミングで開閉作動される一次側吸気弁１６、
二次側吸気弁１７および排気弁１８が装備されて
いる。また、燃焼室７内には、点火プラグ２０が
設けられるとともに、燃料噴射弁２１および空気
噴射弁２２が配設されている。上記燃料噴射弁２
１は点火プラグ２０に向けて設けられている。ま
た、空気噴射弁２２は、燃料噴射弁２１に近接し
て配置され、かつ、噴射空気が燃料噴射弁２１か
らの噴射燃料に混入するように所定の向きに設け
られている。なお、第１図では作図の便宜上、右
端の気筒に対してのみ燃料噴射弁２１および空気
噴射弁２２の配置を明らかにしたが、他の気筒に
も同様にそれぞれ燃料噴射弁２１および空気噴射
弁２２が配置されている。

上記燃料噴射弁２１は燃料噴射ポンプ２３に接
続されている。この燃料噴射ポンプ２３はタイミ
ングベルト２４およびプーリ２５，２６を介して
エンジンのクランク軸２７により駆動され、各気
筒の燃料噴射弁２１にそれぞれ燃料を供給して噴
射させるようにし、かつ、その噴射開始時期およ
び噴射終了時期を電気的な制御信号に応じて調節
することができる構造となつている。また、空気
噴射弁２２は空気リザーバ２９を介して空気ポン
プ３０に接続され、この空気ポンプ３０は、ベル
ト３１およびプーリ３２，３３を介して上記クラ
ンク軸２７により駆動されるようにしている。図
では、エンジン始動時に空気リザーバ２９内の圧
力上昇を促進するため、空気リザーバ２９と空気
ポンプ３０との間に空気リターン通路３４を設
け、この空気リターン通路３４に、エンジン始動
時に開閉作動されるリサイクルバルブ３５が設け
られている。３６は空気ポンプ３０への空気導入
用通路３７に設けられたチエツクバルブ、３８は
空気リリーフ用通路３９に設けられたリリーフ弁
である。

また、４０は各種制御のための制御ユニツトで
あり、例えば第３図に示すようにマイクロコンピ
ユータを用いた制御部４１および各種変換器４２
〜４５を含んでいる。上記制御部４１には、アク
セル開度センサ５１からＡ／Ｄ変換器４２を介し
てアクセル開度信号が入力されるとともに、クラ
ンク角センサ５２からＦ／Ｖ（周波数−電圧）変
換器４３およびＡ／Ｄ変換器４４を介してエンジ
ン回転数信号が入力され、このアクセル開度とエ
ンジン回転数とで負荷状態が検出されるように
し、また、クランク角センサ５２からクランク角
信号が入力されている。さらに、後述する始動時
の制御のため、前記空気リザーバ２９内の圧力を
検出する圧力センサ５３からＡ／Ｄ変換器４５を
介して与えられる圧力信号と、スタートセンサ５
４から与えられるインタラプト（割り込み信号）
としてのスタート信号も上記制御部４１に入力さ
れている。上記制御部４１は、負荷状態に応じて
燃料噴射弁２１からの燃料噴射を制御する燃料制
御手段としての機能と、空気噴射弁２２からの空
気噴射を制御する空気制御手段としての機能とを
有し、直接には燃料噴射ポンプ２３の作動および
空気噴射弁２２の開閉作動を制御している。ま
た、前記スワール調節弁１０のアクチユエータ１
１および前記リサイクルバルブ３５も上記制御部
４１によつて制御している。

上記制御部４１内には、予め種々の運転状態に
おける燃料と空気の各噴射開始時期および各噴射
終了時期がデータマツプとして記憶され、第４図
に示すような特性で上記各時期が制御されるよう
に上記マツプが作成されている。すなわち、第４
図において、FsおよびFeはそれぞれ燃料の噴射
開始時期および噴射終了時期、AsおよびAeはそ
れぞれ空気の噴射開始時期および噴射終了時期を
示し、Ｉは点火時期を示す。この図のように、低
負荷領域では燃料が圧縮行程後半で噴射されて、
その噴射終了時期Feが点火時期Ｉにほぼ一致す
るようにし、負荷がある程度高くなると燃料の噴
射時期が早められ、高負荷領域では吸気行程の前
半に燃料が噴射されるようにしている。そして、
噴射量は噴射時期に依存するので、負荷に応じた
適当な燃料噴射量が得られるように、燃料の噴射
開始時期Fsと噴射終了時期Feとの時間間隔が定
められている。また、高負荷領域以外では、空気
の噴射終了時期Aeが燃料の噴射終了時期Feと一
致し、空気の噴射開始時期Asも燃料の噴射開始
時期Fsにほぼ対応し、燃料の霧化、気化に適当
な量の空気が噴射されるようにしている。高負荷
領域になると空気の噴射時期が短縮され、これに
よつて空気噴射量が減少されるようにしている。
ただし、この高負荷領域でも、空気噴射弁２２の
冷却および清掃のため、少量だけは空気が噴射さ
れる。

さらに上記制御部４１内には、予め種々の負荷
状態におけるスワール調節弁１０の開度がデータ
マツプとして記憶され、低負荷時に前記スワール
調節弁１０を閉じ、負荷が高くなるとそれに応じ
た開度にスワール調節弁１０を開くように、上記
マツプが作成されている。

上記制御ユニツト４０によつて実行される制御
をフローチヤートで示すと第５図および第６図の
ようになる。

第５図に示すメインルーチンにおいては、、先
ず負荷状態を決定するアクセル開度Ａとエンジン
回転数Ｒの各検出信号が入力され（ステツプ
X₁）、この信号に基づき、予め前記の第４図に示
す特性を与えるように設定されたマツプから、そ
の時の負荷状態に応じた燃料と空気の各噴射開始
時期As，Fsおよび各噴射終了時期Ae，Feが演算
される（ステツプX₂、X₃）。次に、クランク角θ
の検出信号を繰返し入力しつつクランク角θが上
記噴射開始時期As，Fsに達するのを待つてから、
燃料および空気の噴射を開始する制御が行われる
（ステツプX₄〜X₆）。引続いて、クランク角θの
検出信号を繰返し入力しつつクランク角θが上記
噴射終了時期Ae，Feに達するのを待つてから、
燃料および空気の噴射を終了する制御が行われる
（ステツプX₇〜X₉）。さらに、上記アクセル開度
Ａとエンジン回転数Ｒとに応じて、前記スワール
調節弁１０の開度（Ｓ弁開度）S₀が演算され、こ
の開度S₀を与える制御信号が前記アクチユエータ
１１に出力される（ステツプX₁₀、X₁₁）。その後
ステツプX₁に戻り、以上のフローが繰返される
ようにしている。

このような制御により、低負荷時には、圧縮行
程後半の所定時期に燃料噴射弁２１から点火プラ
グ２０に向けて燃料が噴射され、主に点火プラグ
付近に燃料が供給されて燃焼室７の他の部分では
燃料が希薄な状態で点火が行われる。従つて、少
ない燃料でも着火、燃焼が可能となつてエンジン
を作動させることができる。また、この場合に一
次吸気通路８から燃焼室７に空気が過剰に供給さ
れても差し支えないので、図ではスロツトルバル
ブを省略して一次吸気通路８からの吸気は制限し
ないようにし、これによつてポンピングロスを低
減している。そして、このように燃料が点火プラ
グ２０に向けて噴射されるとき、これにあわせて
空気噴射弁２２から空気が噴射され、この空気が
噴射燃料に混入して短時間で効率良く燃料の霧
化、気化が行われるため、着火性が向上される。

一方、高負荷時には、燃料噴射量が増量される
とともに、吸気行程の前半に燃料が噴射されるた
め、吸気通路２から燃焼室７に吸入される空気に
よつて燃料が燃焼室７内に分散される。この場
合、前記のようにスワール調節弁１０を開いて二
次吸気通路９からも吸気が行われるようにするこ
とにより、燃焼室７内のスワールが助長され、燃
料の霧化、気化が充分に行われる。高負荷時には
燃料供給量が多いため、このように燃料を分散さ
せても着火が困難になることはなく、燃料を分散
させることにより空気利用率が高められるので出
力が向上される。また、このように層状給気を行
わない場合は燃料の霧化、気化を目的とした空気
噴射は必要とせず、余分な空気噴射は却つてエネ
ルギー損失を生じる。このため、高負荷時には空
気噴射弁２２からの空気噴射量を減少させてい
る。

また、第６図に示す割込みルーチンは、始動時
の制御を行うもので、前記スタートセンサ５４か
らの信号によつて開始され、まず前記圧力センサ
５３からの圧力信号が入力され（ステツプY₁）、
その圧力Ｐが設定値α以上か否かが判別される
（ステツプY₂）。上記圧力Ｐが設定値α未満であ
れば、前記リサイクルバルブ３５が開閉作動を繰
返すように制御され（ステツプY₃）、これによつ
て前記空気リザーバ２９内の圧力上昇が促進され
る。上記圧力Ｐが設定値α以上になると、前記リ
サイクルバルブ３５が閉じられるとともに、始動
用の燃料および空気が噴射される（ステツプ
Y₄）。そして、始動が終了したか否かが判別され
（ステツプY₅）、始動が終了すると前記の第５図
に示すメインルーチンに戻されるようにしてい
る。

第７図および第８図は本発明の別の実施例を示
す。この実施例では燃料噴射弁２１′および空気
噴射弁２２が一次吸気ポート１３に設けられ、こ
の場合も、燃料噴射弁２１′は燃焼室７内の点火
プラグ２０に向けて配置され、空気噴射弁２２は
噴射燃料に空気を混入させるように配置されてい
る。また、この実施例において燃料噴射弁２１′
は、空気噴射弁２２と同様に、制御ユニツト４０
によつて直接に開閉作動が制御されるようにして
あり、この場合に燃料噴射弁２１′は、通常のガ
ソリンエンジンに用いられているような燃料噴射
ポンプ（図示省略）に接続しておけばよい。

このように上記各噴射弁２１′，２２を吸気ポ
ート１３に設ける場合、吸気弁１６が閉じるまで
に燃料を噴射させる必要があるので、第９図に示
すように、低負荷領域では吸気行程の終期に燃料
および空気が噴射されるようにそれぞれの噴射開
始時期As，Fsおよび噴射終了時期Fe，Aeが設定
されている。高負荷領域で燃料噴射時期を早め、
かつ、空気噴射量を減少させるようにしている点
は第１の実施例と同様である。

（発明の効果）以上のように本発明は、エンジン低負荷時に
は、吸気行程後半から圧縮行程の所定の時期に燃
料を点火プラグに向けて噴射するとともに、この
噴射燃料に空気噴射弁から噴射した空気を混入さ
せるようにしているため、いわゆる層状給気によ
り希薄燃焼およびポンピングロス低減が可能とな
つて燃費が向上され、しかも、燃料の霧化、気化
が促進されて着火性および燃焼性が格段に向上さ
れる。また、燃料供給量が増加される高負荷時に
は、ほぼ吸気行程前半に燃料を噴射させることに
よつて空気利用率を高め、かつ、空気噴射量を減
少させることによつてエネルギー損失を低減して
いるため、高負荷時の出力向上の要求も満足する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体概略図、
第２図はその燃焼室部分およびその近傍部の拡大
図、第３図は制御系統のブロツク図、第４図は燃
料および空気の噴射時期の特性図、第５図および
第６図はフローチヤート、第７図は別の実施例を
示す全体概略図、第８図はその第２図相当図、第
９図はこの実施例による場合の第４図相当図であ
る。２０……点火プラグ、２１，２１′……燃料噴
射弁、２２……空気噴射弁、４０……制御ユニツ
ト（制御手段）、５１……アクセル開度センサ、
５２……クランク角センサ。

Claims

【特許請求の範囲】

１エンジンの点火プラグに向けて配置された燃
料噴射弁と、該燃料噴射弁からの噴射燃料に干渉
する方向に空気を噴射する空気噴射弁と、エンジ
ンの負荷状態を検出する負荷検出手段と、エンジ
ンのクランク角を検出するクランク角検出手段
と、上記負荷検出手段とクランク角検出手段との
出力を受けて、エンジン低負荷時には吸気行程後
半から圧縮行程の所定時期に燃料を噴射させ、エ
ンジン高負荷時にはほぼ吸気行程前半の所定時期
に燃料を噴射させるように上記燃料噴射弁を制御
する燃料制御手段と、燃料噴射時期に対応する時
期に空気を噴射させ、かつ、エンジン高負荷時に
は空気噴射量を減少させるように空気噴射弁を制
御する空気制御手段とを設けたことを特徴とする
層状給気エンジン。